Soğuk hissettiğimiz şeylere "buz gibi soğuk" diyoruz, ama bu gerçekten ne kadar soğuk? Suyun donma noktası okulda hepimizin öğrendiği şeylerden biridir: 0 ºC. Yine de okulda öğrendiğimiz pek çok şey gibi, başlangıçta bize öğretildiğinden daha karmaşıktır. Aslında suyun birçok donma noktası vardır ve donması için genellikle 0 ºC'nin çok altında sıcaklık gerekir.
Su sıvı kalırken ne kadar soğuk olabileceğinin rekoru kırıldı. Bu süreçte elde edilen bilgi, organ naklinden havacılığa kadar geniş yelpazedeki uygulamalara yardımcı olabilir. 0 ºC'nin altında, suyun hala donabileceği bir çekirdeklenme bölgesine ihtiyacı vardır. Çok saf, durgun su çekirdeklenme bölgelerinden yoksundur ve donmadan önemli ölçüde 0 ºC'nin altındaki sıcaklıklara soğutulabilir.
Houston Üniversitesi'nden Dr. Hadi Ghasemi, aşırı soğutulmuş suyun ne zaman donacağını belirleyen faktörleri araştırıyor. Bu süreçte, Ghasemi ve meslektaşları Nature Communications'da en soğuk sıvı su rekorunu kırdıklarını duyurdular; -44 ºC! Bu, 6 ºC olan önceki kaydın çok altındadır. Gahsemi'nin yeni rekoru kırmak için kullandığı su damlaları görülemeyecek kadar küçüktü, sadece birkaç nanometre çapındaydı. "Birkaç nanometre su damlacığının donma sıcaklığının deneysel olarak araştırılması, çözülmemiş bir zorluk olmuştur. Burada, yeni geliştirilen metrolojiler sayesinde, su damlacıklarının mikron ölçeğinden 2 nanometre ölçeğine kadar donmasını araştırabildik.” dedi. Makaleye göre sorun; küçük su damlacıklarının ya buharlaşacak ya da bir araya toplanacak olması. Bu da onları ayrı ayrı incelemeyi zorlaştırıyor. Ghasemi, "Bir su damlası yumuşak bir arayüzle temas halindeyse, donma sıcaklığının sert yüzeylerden önemli ölçüde düşük olabileceğini bulduk." dedi.
Yazarlar, yağ ile çevrili alüminyum oksit zar gözeneklerine çeşitli boyutlarda damlacıklar koydular ve donma noktasında 10 ile 2 nanometre arasında büyük farklılıklar olduğunu bildirdiler. Yağ olmadan, zar duvarları çekirdeklenme bölgeleri gibi davrandı ve damlacıklar 0 ºC'de veya buna yakın bir sıcaklıkta dondu. Ayrıca, yağdan gelen basıncın kombinasyonu ve sert bir yüzeyin olmaması da damlaları sıvı tuttu.
Önceki araştırmalar, sıvı sudan kristal buz oluşturmak için en az 275 molekül gerektiğini göstermiştir. Çapı 2 nanometreden önemli ölçüde daha küçük olan damlacıklar, buz kristalleri oluşturacak moleküllerden yoksundur ve çekirdeklenmek için -183 ila -158 ºC sıcaklıklara ihtiyaç duydukları bulunmuştur. Ancak bu kadar küçük bir şey mutlaka sıvı olarak kabul edilmez.
Suyun donma noktasının esnekliğinin sonuçları vardır. Soğuk kışları atlatmanın zorluğuyla karşı karşıya kalan bazı hayvanlar, kendi antifriz kimyasallarını üretir veya ısınmak için yiyecekleri yakar, ancak diğerleri donmalarına izin verir. Normalde içeride buz kristalleri oluştuğunda olduğu gibi hücrelerinin yırtılmaması için bunu kendi şartlarına göre yaparlar. Ağaç kurbağaları bu sanatın ustalarıdır, ancak bunu nasıl yaptıkları tam olarak anlaşılamamıştır.
Başarılı bir taklit, hastanelerin zaman baskısı altında nakil yapmak veya uçak kanatlarındaki buz oluşumunu kontrol etmek yerine organları dondurmasına izin verebilir. Kendimiz suyu bu kadar düşük sıcaklıklara soğutmasak bile, bunun nasıl oluştuğunu anlamak, bulut oluşumunun modellenmesini ve dolayısıyla hava ve iklim tahminlerini iyileştirebilir.
Kaynak: